CN103404045B - 多天线发送方法和系统以及相关移动终端 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于通过发送系统在无线电移动通信网络中，从无线电基站向移动终端提供下行链路无线电覆盖的多天线发送处理，该发送系统包括：朝向至少一个移动终端定向的至少一个多辐射体发送天线，具体来说，智能天线或阵列天线；至少一个数据库，该至少一个数据库与所述移动通信网络的至少一个覆盖小区相关联并且包含有关所述移动终端的位置的信息；处理装置，该处理装置与所述至少一个多辐射体发送天线和所述至少一个数据库协作，所述处理装置适于关联发送方向与所述移动终端的所述位置，其中，所述发送方向适于抵达所述移动终端，所述发送处理包括以下步骤：a）检测所述移动终端的位置；b）将所述位置存储到所述至少一个数据库中；c）根据存储在所述至少一个数据库中的所述位置，确定从所述至少一个多辐射体发送天线至所述移动终端的至少一个发送波束的至少一个发送方向，其中，在所述至少一个多辐射体发送天线中必须设置以便按所述发送方向发送的至少一个发送参数与所述移动终端的所述存储位置相关联。

Description

多天线发送方法和系统以及相关移动终端

技术领域

本发明涉及用于多天线发送的处理和系统，具体来说，被采用以在移动通信网络中提供下行链路蜂窝覆盖的处理和系统，并且涉及其移动终端。

背景技术

如已知的，蜂窝覆盖移动电信网络自它们八十年代出现在大众市场上以来快速演进着。

最初，这些网络主要执行话音服务，但现今其日益迫切（并且现在普遍）需要数据服务。技术演进由此受到针对网络发送速度和容量方面的性能增加的恒定需求刺激。

目前针对电信领域正在按直到上个十年为止不寻常的步调进行标准化，但现在因各种新数据应用的增加频带需求而造成的刺激导致引入提供更好性能的新技术。

然而，针对频带的增加需要与有限的无线电资源相抵触。事实上，用于移动电信服务的无线电频率有限并且被严格地指配给很少的运营商，他们不能占用他们没有许可证的频率。因此，通常不可能增加频率占用来应付业务量的持续增加。

给定特定可用无线电频带，可以被采用以增加网络容量的技术解决方案可以分类成两个主要类别：

-典型地通过增加小区数量（其由此变得越来越小，以致于它们还被已知为“微微蜂窝（pico-cellular）”覆盖）来允许更大的频率再使用的技术；

-采用更有效的发送和调制方法的技术，其允许在可用无线电频带上发送更大量的数据。

然而，小区数量和发送效率都经受物理和经济限制。

微微蜂窝覆盖的限制归因于小区间干扰，其随着小区彼此更贴近而增加。而且，数量增加的无线电基站导致显著更高的发送成本，因为必须在无线电基站与传输网络接入点之间提供连接。理论上，蜂窝网络中小区的数量越高，针对用于连接无线电基站的复杂发送分布基础设施的需要就更大，其导致蜂窝网络趋于类似固定发送网络。

网络管理成本还因数量增加的无线电基站而变得更高。

尽管如此，经济限制取决于有关经济优点的考虑，并由此不是绝对的理论限制。

与此相反，技术限制按绝对方式特征化了每一种给定技术。

可达到的发送效率限制根据极端调制恶化信噪比（SNR）的事实来确定，直到这变得无法持续用于确保系统的正确操作为止。

这是为什么执行大量研究来最优化发送技术的原因，其旨在按其最大程度利用可用无线电频带。

为了提供针对上述问题的响应，随着时间的过去已经开发了MIMO技术和基于使用“矢量天线”（还已知为“智能天线”或“多天线系统”或“多辐射体天线”）的技术。

具体来说，MIMO技术表达了一种首先由Arogyaswami Paulraj和Thomas Kailath在1994年提出的构思：这是基于使用多天线发送器和接收器的发送/接收技术。在其典型实施例中，MIMO发送在同一载波上生成“N”个信号，然而，这些信号彼此“空间上”隔开。空间分离通过从位于适当不同的位置的多个天线辐射信号，并且通过利用由彼此也空间上隔开的多个天线组成的接收系统拾取所述信号来获取，假设发送天线与接收天线之间的各个传播路径因多个传播路径而具有不同的传递功能。

由一发送天线始发的信号通过特定数量的多传播路径传播直至一接收天线的事实通常已知为“多路径”。

该“多路径”传播条件通常在城市环境内的蜂窝覆盖范围中发现。通过“多路径”效果，抵达存在接收天线的点的信号原应是特定数量信号的和，每一个信道都针对初始信号可以行进以抵达所述接收点的每一个不同路径。由于每一个传播路径的不同长度，所述各信号基本上按载波抵达接收点的相位而不同。

由此，清楚的是，可以出现其中载波按相长（constructive）方式相加在一起的方式偏移的情况，或者其中载波按相消（deconstructive）方式组合在一起的情况。载波组合在一起的方式的这种差异取决于发生接收的具体点，并且其效果可以按可与载波波长相比的距离（即，按针对当前无线电移动网络的厘米级的距离）而非常不同（甚或相反）。

上述现象（根据其，同一信号可以呈现为在一个点较强而在另一非常近的点非常弱）被已知为“多路径衰落”或“快速衰落”。

再看MIMO技术的应用，可以观察到，源自不同点的不同信号按不同“多路径”特征化，导致不同的“多路径衰落”。

处理“多路径衰落”的典型方法是，将接收器配备有按等于大约载波波长的四分之一的距离设置的至少两个天线，以使在要接收的信号在一个天线的接收点处为最小时，在被其它天线占用的接收点处不会同时为最小。

在MIMO发送的情况下，当然，在同一载波上发送的不同信号彼此干扰，但它们可以根据它们所行进的传播路径的多样性而在接收方面不同。

在MIMO发送中，从不同点发送的各个信号呈现为在接收器的各个接收单元处具有不同强度（不同“衰落”）：事实上，在实现MIMO技术的收发系统中，不仅仅是发送器，接收器也必须是多天线系统。

由此，MIMO系统采用“多路径衰落”，以在同一载波上发送的但来自不同点的不同信号之间区分。

在MIMI发送的情况下，在接收侧，可以从接收天线系统的每一个单元提取由所有发送信号的和给出的信号，每一个根据不同传递函数变换。为了重建初始发送信号，由此必需求解由与接收天线系统中的接收单元的数量一样多的方程所组成的系统。

清楚的是，在未被足够和显著的“多路径”特征化的传播环境中，各个传递函数全部非常类似，并且实际上彼此相同，使得系统无法求解。

从物理观点来看，可以规定，越多的传递函数彼此相似，越多的各个信号将彼此干扰，每一个信号对于其它信号都是噪声，并且导致其它信号不可识别。

为了使上述系统更容易求解，以使得能够在在同一载波上发送的各个信号之间辨别，MIMO技术还利用称作“预编码”的附加装置。“预编码”能够发送不仅来自不同天线，而且具有规定相移和幅度的每一个单一信号。“预编码”的目标是使接收时要求解的方程系统尽可能简单：在最极端和最佳情况下，确定传播情况，其中，接收时要求解的系统由准对角矩阵表征，其对应于其中每一个接收天线仅接收显著强的一个信号、而被接收的其它信号被每一个天线大大衰减的情况。

在更复杂应用中，MIMO技术使用另一装置，根据其，每一个单一信号都由一个以上的辐射体发送，并且各个分量（即，由不同辐射体辐射的同一信号的副本）还具有不同且可调节的相位和幅度。

从物理观点来看，如下面将更好说明的，由各个辐射体辐射每一个单一发送信号的事实对应于将方向性效应引入单一信号的发送中。

然而，应注意到，“预编码”参数必须连续更新，因为“多路径衰落”条件非常快速地变化：事实上，接收器（必须提醒的是，其通常是无线电移动终端）仅移动几厘米就足以使该系统巨大地改变。

由此，“预编码”必须基于非常复杂的算法，以更新“预编码”参数，并且这种算法必须连续使用由接收器传送至发送器的反馈信息。

预编码效率对于确定系统的性能来说非常重要：然而，从计算观点来看，这些算法通常可能非常昂贵；为此，当前执行了更多的研究活动，旨在最优化MIMO技术的这个方面。

总之，MIMO系统应把其效率归功于多个信息流可以在同一个载波上发送的简单事实，这以生成更多噪声为代价，然而，其可以通过采用“多路径衰落”和所述“预编码”技术来处理。

清楚的是，“多路径衰落”对于MIMO系统的正确操作来说不可缺少；从而，所述技术被应用至其中多路径相当类似，并且没有信号的主要“直接”分量的传播情况，即，在复杂覆盖情况下。一般来说，假定信号因多路径反射而经历衰减，优选的是，与上行链路发送相比（其中电源受限于移动站（下面，还称为（无线电）移动终端，或者更简单说，称为终端）的电池容量），发送源按最高可能功率发射信号，以使其对于建立下行链路MIMO发送来说很少有问题（其中，发送器可以从电网供电）。

简单地说，可以规定，MIMO技术表示针对更有效无线电频带利用的问题的有前途的解决方案，并且，用于更新“预编码”参数的算法根据应用至无线电移动系统的MIMO技术构造了用于获取最佳性能的关键因子。

本发明所基于的另一已知技术是利用“矢量天线”（更通常已知为“智能天线”或“阵列天线”）的技术。

所谓的“矢量天线”是由多个辐射单元（辐射体）组成的天线，正如用于MIMO发送的天线。

通过适当地向不同辐射体供电，可以获取定向发送，其中，可以电子地调节指向，而不需要天线系统的任何物理移动。

“矢量天线”还可以在接收时使用，并且通过与发送时使用的处理类似的处理（即，通过移相由每一个单元拾取的信号），可以增加某些接收方向的总系统增益。然而，本发明关注下行链路覆盖，并由此关注发送系统。

在利用“矢量天线”的发送中，每一个单一单元都辐射与其它天线单元发送的相同信号，但具有恰当调节的载波相移。因为各个发送的不同起源点，所以这些分量以根据传播方向而不同的相移重新组合在一起：这由于初始设置的相移与由发送天线的几何形状所给出的相移相加而产生，其根据发送方向而变。由此，可以调节整个发送以使得存在其中干扰为最大相长的发送方向和其中干扰为最大相消的其它发送方向。该系统作为整体考虑，创建可调节方向天线，其在特定角度内不需要机械移动，而仅调节（可经由软件执行）初始相移。

沿特定方向形成发送波瓣的效应已知为“波束形成”。

必须指出的是，这种天线系统的方向性容量与天线单元的数量严格相关，因为由大量单元制成的天线方向性更强（因此方向性更强的天线更大）。

根据上述内容，可见，在“预编码”与“波束形成”之间存在相似：在两种情况下，事实上，存在来自多个不同点的信号的发送，其中，不同相位可以应用于每一个分量。尽管具有所述物理相似性，但两个过程，即，“波束形成”和“预编码”实际上为两个不同过程，并且因它们的目标不同而被视为不同的技术。

第一过程，即“波束形成”，通常利用大量辐射体来实现，以便获取相对较窄的发送波束。为了良好的方向性，如前所述，必须采用许多单元（在10个、或者更恰当地，几十个的数量级）。而且，相移计算可以在开环中非常容易地执行，其中，“矢量天线”的几何形状已知，作为其中想要获取最大辐射的传播方向的函数。

“矢量天线”的发送效率不受在接收方面使用由多个单元制成的天线的事实影响。

第二过程，即“预编码”，也可以利用仅若干个辐射体来实现，甚至利用仅仅两个天线（这是最普遍的情况）来实现。

在“预编码”过程中，相移计算通常按闭环执行，以便最优化多个天线接收装置处的两个或更多个信号的分离，其由此必须向发送器提供连续（或者非常频繁）的反馈。

清楚的是，“预编码”技术需要大量计算，其随着天线的量级（即，随着构成天线的单元数）快速增加。

MIMO技术已经在某些无线电移动系统中采用，并且在更大程度上将它们用于当前被标准化的系统中：然而，由于技术的复杂性，可以预见，它们的用途将受限于具有缩减量级的天线的应用：这意指将最多使用两个或四个发送单元和相同数量的接收单元。

应注意到，缩减的数量级对应于缩减的频率再使用，由此整体上造成对系统效率的限制。

“矢量天线”技术，尽管已经在许多应用中已经成熟，但尚未在蜂窝覆盖系统中使用。其主要原因是，移动站在小区内的位置既不能以必需准确度来确定，也没有允许利用有关终端位置的足够准确的信息的任何可用技术标准；而且，在蜂窝覆盖网络上的发送方面涉及的无线电路径是正常反射路径，并由此，几乎不总为真的是，在朝着一终端发送时，便利地沿发送器-接收器连接线路的方向发送。

可变性质的这些和其它问题已经阻止了发现用于确定无线电移动网络中的天线的指向方向的可行方法，实际上，阻止了将“矢量天线”用于蜂窝覆盖应用。

工业方面目前深入涉及尝试组合MIMO技术与“波束形成”，其是“矢量天线”的典型，但，迄今采用的所有解决方案未被证实足够有效 和容易实现。

事实上，如前所述，如果通过利用来自终端的连续反馈来按闭环计算用于确定“波束形成”所需的参数（即，将相移应用于从多个辐射单元发送的一个信号的分量，以便以方向性方式来发送其），则计算复杂性使得必需限制天线的数量级（即，辐射单元的数量）。由此，还限制潜在的频率再使用和发送方向性。

相反的是，万一跟随通过按开环计算必需相移参数来确定“波束形成”的例程，这将导致必须在由许多反射特征化的复杂传播环境中正确地选择最佳指向方向的问题。

后一问题可以通过来自终端的某类隐含反馈来面对，术语“隐含反馈”在此指终端不明确地发送指示怎样接收的信号的事实，但这种信息仍然被获取。事实上，有可能的是，在发送点，还存在能够“监听”来自移动终端的信号的方向性接收器，其由此，除了充当接收器以外，还必须朝着该无线电基站发送，并且能够通过选择接收强度最高的一个来确定最佳传播方向。

该模式例如近来已经按实验水平设置并且，例如在“A Proposal of DPCBeamforming for Open Loop Multiuser MIMO Transmissions”-Tomoko Matsumoto,Noriaki Miyazaki and Satoshi Konishi-KDDI R&D Laboratories,Inc.-IEEEICC2010proceedings中进行了描述。

尽管用于实现在此提出的技术所需的处理操作集仍相当复杂，但其可以产生相当的优点：事实上，可以实现更高数量级的天线，并且可以到达非常有兴趣的频谱利用效率水平。

然而，这种技术具有结构性限制：事实上，其需要传播信道是对称的，因为，发送方向根据同一方向上的接收质量来确定。

该假定通常不真实：事实上，有可能的是（并且有利的是），下一代网络的覆盖范围通过使用位于不同点的不同无线电站来特征化，以支持上行链路无线电发送（UL=从终端至无线电基站）和下行链路发送（DL=从无线电基站至终端）。

发明内容

由此，本发明的一个目的是，通过提供用于多天线发送的处理和系统（具体来说，用于在移动通信网络中提供下行链路蜂窝覆盖的处理和系统），来克服现有技术的上述问题，其允许同时应用MIMO技术和“矢量天线”（其也可以由许多单元组成（由此具有高度方向性））典型的方向性发送。

本发明的另一目的是，提供一种用于多天线发送的处理和系统，具体来说，用于在移动通信网络中提供下行链路蜂窝覆盖的处理和系统，其中，即使在高MIMO数量级的情况下，与本领域已知的方法相比，计算和最优化“预编码矩阵”的参数（即，必须持续更新以确保有效信号发送的参数集）相当小。

本发明的另一目的是，提供一种用于多天线发送的处理和系统，具体来说，用于在移动通信网络中提供下行链路蜂窝覆盖的处理和系统，其允许信噪比（SNR）的显著缩减。

本发明的又一目的是，提供一种用于多天线发送的处理和系统，具体来说，用于在移动通信网络中提供下行链路蜂窝覆盖的处理和系统，其允许克服对对称覆盖的约束，由此进一步简化用于确定“波束形成”所需的处理。

根据下面的描述将变清楚的、本发明的这些和其它目的以及优点通过如权利要求1所述的多天线发送处理来实现。

另外，本发明的这些和其它目的以及优点通过如权利要求9所述的多天线发送系统来实现。

而且，本发明的这些和其它目的以及优点通过如权利要求10所述的移动终端来实现。

本发明的优选实施例和非显见变型例在所附权利要求中进行了指定。

将变得显而易见的是，在不脱离如所附权利要求所述的本发明的保护范围的情况下，在此描述的内容可以经受无数变型和修改（例如，形状、尺度、布置以及具有等同功能的单元）。

具体实施方式

本发明将参照其若干优选实施例进行详细描述，其仅通过非限制例来提供。

一般来说，根据本发明的用于多天线发送的处理和系统涉及移动通信，具体来说，涉及要用于提供所谓的“下行链路”覆盖（从网络站至用户的移动站）的发送系统，即，用于建立从网络至移动终端的通信所需的无线电覆盖。具体来说，如下将更详细说明的，根据本发明的用于多天线发送的处理和系统特别利用了与MIMO技术（多输入多输出）集成的“矢量天线”技术（如前所述，其是用于创建方向性天线的专门技术）。

根据本发明的处理和系统基于有关无线电移动网络中涉及的装置（特别是，由移动终端表示的接收装置）的位置的信息的可用性（在将来网络中将被确保）。例如，LTE/LCS（长期演进/LoCalization服务）标准需要通过系统的控制信道向网络不断地传送终端的位置。该位置例如可以经由移动终端的检测装置（GNSS定位器、三点或多点定位系统等）通过移动终端传送至网络，或者其可以通常与移动终端协作地经由任何方法通过网络检测（例如，利用不同无线电基站的三点或多点定位）。

在将来，例如，可以强制移动终端按特定时间间隔传送其自身的位置（用于可能的数据库更新）、或者按小区变化传送其自身位置，或者一般来说，只要被无线电移动网络视为有用就传送其自身位置。另外或者作为另选，位置发送可以基于来自无线电基站（例如，无线电信令信道上）的明确请求时发生，即，可以基于特定请求消息或者在将消息或数据包通过信号发送至发送系统时，例如，在与其接触的第一时间发生。

LTE情况在此作为象征示例提出，因为LTE标准很可能成为将来无线电移动网络的最普遍标准；然而，可以预见的是，位置信息因其在开发大量服务方面的巨大重要性，而将存在于所有将来的移动通信系统中，并且随着该技术的演进，这种信息将变得越来越可用（很可能的是，开始时仅在利用GPS或Galileo覆盖的环境中或者在其它卫星定位系统中可用，但可用性在室内环境中也渐进地增加），而且随着时间将变得愈加准确。

如果无线电移动终端的位置已知，则配备有“矢量”天线的无线电基站可以沿最恰当方向定向发送波束，以允许该位置中的无线电移动终端最多接收定向至其的发送。

在站与移动终端之间的开放环境中，所述方向是由站-终端连接线确定的方向，而在复杂传播环境中，根据本发明的系统需要针对移动终端的每一个“位置”先验地获知最佳传播方向。

根据本发明的系统由此有利地包括与移动通信网络的至少一个覆盖小区相关联的至少一个数据库，包含要与可以被可以进入该小区位置的无线电移动终端的接收器占用的每一个“位置”或方位相关联的传播方向。然而，本发明还可应用于一个或多个无线电移动小区的仅一个或多个区域，其中，通过实现本发明，可以解决否则不能通过已知技术或者按比利用已知技术更有利的方式来方便地解决的技术问题。

当然，其中移动终端可以位于的位置可以按通过定位确保的准确度来限定，其例如可以大约为几米的数量级。然而，必须注意到，不是所有位置都必须必要地按同一准确度来限定；事实上，可以存在同一个波束抵达的相当大的“位置”。例如，放置在仅具有一个窗户的房间（甚至相当大的房间）内部的移动终端将被朝着所述假设房间的窗口定向的发送波束正确地抵达，而不管该终端在该房间内部所位于的精确点。

而且，如后将更详细讨论的，通过如同上面描述的系统的发送系统，在移动通信网络中，根据本发明的用于下行链路无线电覆盖（从无线电基站至终端）的多天线发送处理包括以下步骤：

a）检测移动终端的位置；

b）将所述位置存储到数据库中；

c）优选地通过MIMO类型的发送技术，根据存储在数据库中的位置，确定来自所述多个辐射体发送天线中的至少一个天线的至少一个发送波束的至少一个发送方向。

所述数据库按网络安装时间构建，或者在该系统已经在操作中的同时通过启用合适学习算法来构建。在该后一情况下，该数据库初始为空白或部分为空白（即，存在没有与其相关联的传播方向和相应发 送参数的部分），并由此，最佳方向必须利用更昂贵的过程来确定，然而，对于具有相同最佳指向方向的每一个“位置”或区域来说，其仅需要启用一次。该阶段的更低效率由此变得可容忍，尽管用于建立连接所需的无线电资源的分配显著慢。

使用上述学习算法可以基于许多技术，并且它们可以被最优化并且使得更快且更有效。按任何速率，这种算法的技术可行性可以利用非常简单的形态（例如，利用扫描宽角度的定向发送）确定地确保：在这种情况下，移动终端可以开始传送与每一个方向相关联的接收质量，并且该算法正好必须选择最佳方向并且在数据库中关联其与终端位置。

必须注意的是，上面使用的用于描述一种可能学习算法的原理在此已经提出，以便推论有关可行性，但确定的是，可以进行许多其它改进，以缩减其复杂性和执行时间。在任何情况下，上面简要描述的所述算法的复杂性类似于在先前提到的Tomoko Matsumoto等人的技术中接受的复杂性，然而，其具有必须在每一个连接致动的缺点，不仅在用于填充数据库的初始阶段。

如同上面提到的那些的算法，不仅对于初始地填充数据库有用，而且它们可以规则地用于更新所述数据库的数据。事实上，最佳发送方向可以根据传播环境中的变化（例如，新建筑物）而随着时间改变。

而且，用于更新数据库的标准可以经受改进和最优化。与特定位置相关联的最佳传播方向的计算（或重新计算）可以在各种情况下发生，例如，在数据不存在时（在开始时,或者在操作员判定因覆盖区域在传播特征方面经历显著变化而删除该数据时），或者在终端因信号未以足够质量接收到而请求其时，或者时不时地，在网络卸载并且频率可以被用于更新或细化数据库的细节和/或准确度级别的目的时，或者根据可以由用户随意定义的其它标准。

通过利用该终端定位信息，有可能组合MIMO技术与允许进行定向发送的“智能天线”技术：根据本发明的系统由此包括：与发送天线和数据库协作的合适处理装置，以根据位置（优选地通过MIMO类型的发送技术）来确定至少一个发送波束的发送方向，所述处理装置由此适于关联所述发送方向与移动终端的位置，使得发送方向对于抵达 移动终端接收器而言合适甚或最佳。

下面，本发明将参照特定情况进行更详细描述，其中，辐射天线由“M”个辐射单元组成，而“N”是希望的再使用因子。

一般来说，如果多天线发送系统由“M”个辐射单元（天线）组成，并且想要在同一个载波上发送数量为“N”的信号，则“N”个信号中的每一个因存在“M”个可用天线而被发送“M”次，整个发送将需要“N”דM”个（复合）参数，每一个都与相位（和幅度）相关联，每一个单一信号的每一个单一分量都将按该相位（和幅度）通过每一个单一辐射单元来发送。

保持不断地更新该大小为“N”דM”的参数矩阵（对应于所发送信号的相位）随着“N”和“M”的增加而变得特别精确，而针对最优化组合（其是使得更容易找到针对要在接收方面解决的问题的解决方案的那些最优化组合）的研究当其必须实时进行时可能是相当复杂的问题。

如前所述，本领域已知的技术在较低数量级（即，在“N”和“M”较小时）时通常可应用。因此，这种解决方案的技术可行性导致针对所述矩阵“N”דM”的尺寸的限制。

在本发明中，正如在Tomoko Matsumoto等人的现有技术文献中（然而，其通常不可应用，并且示出了某种程度的复杂性），主要焦点集中于上述矩阵（下面，称为“预编码”矩阵）的“N”דM”参数的物理含义，旨在简化所述“预编码”矩阵的计算。

事实上，本发明按这种方式利用“矢量天线”技术，其在最感兴趣的实现中，与MIMO技术集成。根据本发明的教导，“预编码”矩阵的参数的计算和最优化通过使用特定定位信息来促进。这种简化在于使用关联由移动终端占用的每一个位置与用于配置“矢量天线”所必需的信息的数据库，使得其可以按最恰当方向发送，以便抵达所涉及移动终端。

按这种方式，当无线电基站被通知，一特定移动终端处于已经存储在数据库中的一位置中或者处于被视为足够接近其的位置时，处理装置将使用与其相关联的指向方向，以朝着移动终端指向发送，而不必进行任何闭环参数计算，由此，巨大地缩减用于建立发送所需的时间，如果所述参数针对给定指向方向已知。作为另选，或者除了有关 最合适发送方向的信息以外，用于配置多天线系统的最佳指向所必需的一个或多个参数可以直接存储在数据库中，由此，甚至进一步缩减接收来自终端的信令与随之发生的响应信号的发送之间经过的时间，因为这消除了用于进行这种计算的需要或者显著缩减了其复杂性。

应观察到，确定“M”个天线单元上的每一个单一信号的分量的发送相位的“M”参数可以表达为各个分量之间的相对相移的“M-1”个值，并由此，所述第一个“M-1”参数确定（出于先前说明的理由）哪个是最大辐射方向，而另一第M个参数确定最大辐射方向的信号的载波的相位。

根据这种模型化，最后可以规定，与相对较大区域中的给定信号相关联的电场的平均值（根据波束的辐射幅度确定）是“M-1”参数的函数，而沿最大辐射方向的载波的相位是单一参数的函数，因此，仅一个参数影响“快速衰落”，即，在与载波的波长相当的较短距离内的场非同质化（field dishomogeneities）。

同时，不必连续更新确定最大辐射的方向的参数，然而，必需连续最优化确定沿最大辐射方向的载波的相位的参数。结果，仅该后一参数需要利用用于通过闭环计算来确定“预编码”参数的已知方法来更新，而基于在接收方面利用多天线系统的已知MIMO技术被用于在有用信号与存在于接收区域中的干扰信号之间进行区分。

这种模型化澄清为什么第一个“M-1”参数的最佳选择在呼叫过程期间是相当稳定的，因为其不随着移动终端的较小移动而改变，而仅最后参数的最优化需要更快速且更持续的更新。

另外：第一个“M-1”参数作为具有近似为米的量级的移动终端的位置的函数，可以在理论上通过从终端位置（利用所述近似）开始按开环计算，而仅最后参数必须利用来自终端的频繁反馈来更新（如在利用MIMO技术的传统发送中）。

在这点上，清楚的是，从概念的观点来看，必需使每一个发送系统与一数据库相关联，所述数据库再关联接收器位置与要设置的发送方向。还清楚的是，发送方向已知，相对容易计算要在“矢量天线”中设置的参数，以便按该方向发送。从实践的观点来看，由此还清楚的是，这种计算虽然简单，但仍可以通过将要在“矢量天线”中设置的发 送参数直接存储到数据库中以便按希望方向发送来避免。

利用该措施，“预编码”矩阵（“M”-1דN”）的大部分参数可以容易地按开环计算，或者，如果它们已经被预先计算并且已经在所述数据库中可获得，则它们甚至不必被再次计算。

应当指出的是，搜索所述数据库（其显见是非常大的）是非常简单的操作，因为用于检索数据的主要搜索关键字由移动终端的位置组成，并由此，由于其性质，其是有序且可排序的关键字。

清楚的是，MIMO技术通常可应用于复杂传播环境（到这样的程度以致它们不能在缺乏“多路径”传播时操作）；然而，还清楚的是，这种技术在由大业务量表征的环境中采用：由此，现实的是，提出应用学习算法，其中，最佳传播方向初始地利用更复杂的估算来确定（需要更长的计算时间），并且接着，每一个发送点组成其自身的地图，其中，每一个近似位置对应于预定最佳传播方向（先前学习的）。

根据本发明的发送系统和处理由此优选地在用于无线电移动网络的DL蜂窝覆盖基础设施中实现，其中，“矢量天线”被用于连同具有“预编码”的MIMO技术（具体来说，MU-MIMO技术）一起来确定合适的“波束形成”，并且其中，用于确定最佳“预编码矩阵”的算法被显著地简化，“M-1”דN”参数通过采用可以通过应用各种定位技术（以及演变的定位技术）而变得可用的定位信息而按开环确定，并且仅“N”个参数通过进行包括在反馈处理中的连续计算而连续更新（其是MIMO技术的典型）。

清楚的是，本发明的教导的实践实现被约定成确定终端在下行链路小区内的位置的能力。

结果，用于定位移动终端的所有技术表示对本发明有用的附加现有技术：清楚的是，针对这种定位技术的将来逐渐的改进存在高度期望，据此，本发明的性能也可获益。

如已经提到，一个直接方法是，向恰当地配备有检测装置的移动终端本身指配确定其自身位置并且通过合适的通信装置和通过合适的过程（其中一些已经按标准化级别进行了概述）将其传送至网络（具体地讲，传送到数据库）。该移动终端可以例如基于通过Galileo系统（在其可操作时）或者通过另一卫星导航系统（举例来说，如GPS系 统）的定位来确定其自身位置，对于在该终端不在卫星的视野中（即，位于“深室内”环境中）时可以将其与某些进一步算法相关联，或者通过基于利用陆基网络的三角测量而特别开发的算法。

另外，可设想的是，根据本发明的处理还启用移交过程，以便在发送期间将移动终端从一个无线电信道移动至另一个。事实上，考虑到本发明允许获知由一小区所服务的所有终端的所有位置和要被用于每一个移动终端的相应发送方向，因此有可能通过按尽可能宽泛的方向发送，而按使得同一载波被用于与位于可抵达位置中的终端通信的方式来组织发送。例如，如果一小区在两个载波上发送，并且必须服务十个移动终端，则该网络将提供按发送方向在两个载波中交替的方式来组织发送：清楚的是，为了保持这种最优化，必须跟随终端的移动以及连接的启用和停用，以使移交不仅在所述移动终端移动时必需，而且其它活动连接的上下文改变时，都变得必需。

鉴于本发明的教导的有利应用，移动终端可以通过其以足够准确度定位的其它形态在搜索针对定位问题（即分离问题）的解决方案时将必然被开发，例如通过合并“指纹识别”技术（基于创建环境地图，其细节、逐点、存在具有特定频谱特征的电磁场）或者通过采用“ad hoc（特设）”基础设施，或者通过合作定位的方法。

另一另选解决方案是，使网络估算移动终端的位置。该解决方案当然令人有兴趣，但其需要针对该目的的足够信息的可获性，并且具体来说，其需要进一步演变。由本发明引发的主要优点是，其允许在接收系统中，非常快速地获取有用信号与噪声信号之间的最佳分离（因为后者被更多地衰减），并且随着要针对发送进行的计算的显著简化：该益处允许增加同一频率下载波上的发送数量，可容忍的SNR相等，并且辅助创建复杂设备（具有许多单元的发送天线和管理同一载波上的许多信号）；最终和切实结果是，该系统的总体容量在存在相同可用频带时增加。

另一优点是，当MIMO技术在存在复杂“多路径”时顺利工作时，通过应用本发明的教导，可以克服该局限性，因为如果移动接收器处于发送器的视野中，则简单应用充分定向的“波束形成”足以使该接收器区别和隔离定向至其的有用信号。

当然，本发明还涉及接收装置，具体来说，属于上述用于下行链路无线电覆盖的上述多天线发送系统，其适于实现根据本发明的处理。

具体来说，根据本发明的移动终端可以包括处理装置，该处理装置适于与数据库协作，以便向系统发送有关其自身操作的反馈信息，例如，接收质量，并且系统和处理可以验证所述信令接收质量如所希望的用于被其占用的位置，并且存储在数据库中：另选的是，可以命令更新存储在数据库中的参数。该移动终端还可以向发送系统发送有关通过任何可用装置检测到的其自身当前位置的信息。

本发明由此允许实现有利的不对称覆盖方案，其是下行链路中的宏蜂窝和上行链路中的微微蜂窝。事实上，在其优选应用中，本发明示出了DL覆盖方面的最感兴趣的益处，并且这可以用于避免DL小区尺寸方面的极端缩减。至于涉及UL覆盖，可以有利地判定通过增加接收站的数量来增加容量。

本发明提供广泛地使用“矢量天线”技术，由此克服并控制迄今为止已经排除其使用的理由；这种技术给任何蜂窝覆盖系统带来总体上的益处，因为其彻底缩减了因频率再使用而造成的小区间干扰，该事实对蜂窝规划具有正面影响，并且还整体上对网络的容量具有正面影响。

清楚的是，本发明的最重要优点随着采用MU-MIMO技术的形式而获得，其中，按相同频率发送的各个信号旨在用于通常位于不同点的不同用户。

必须指出的是，本发明的教导的应用，除了把从MIMO技术的应用获取的优点与从利用“矢量天线”获取的优点相加以外，还通过组合这两种技术而显著改进了MIMO接收的性能，因为接收信号的特征在于比与利用非定向天线进行的相同MIMO发送相对应的SNR更好的SNR。

该SNR改进的程度取决于打算用于不同用户的不同信号如何沿各个方向分布：清楚的是，当沿尽可能宽泛的方向在同一载波上发送信号时获得最佳优点。后一效果可以通过限定新的蜂窝覆盖类型学和新的信道分配算法来最优化。例如，为了最优化信道分配，针对处理移动站的移动，或者当通过其它附近用户设置或释放连接时可以执行 移交过程。

还应注意到，要根据MIMO技术在同一载波上发送的该组信号可以怎样空间上分离（即，从不同实际物理点发送，由此在接收点处具有载波的不同“多路径衰落”），或者（最重要地）按不同方向辐射。

MIMO接收器由此可以利用用于在各个信号之间辨别的进一步的便利性；事实上，朝着接收器定向的信号通常比其它信号呈现得更强，该其它信号按相同频率但按不同方向发送。

将“矢量天线”用作“MIMO多天线”还被针对这种多天线系统的有效物理实现的技术最优化和创新的一系列机会替代。事实上，可以采用多重性单元来获取用于MIMO技术的空间分离，并且控制“波束形成”。事实上，必须强调的是，已经是多天线系统的“矢量天线”原则上可以如同MIMO发送器一样被管理。

还应注意到，MIMO接收器理论上可以在与“矢量天线”技术组合的这种MIMO发送模式中使用，而不需要任何硬件修改；事实上，如前所述，“矢量天线”的效率对于接收器的特性不设置任何需求。

在此描述的本发明的优选实施例当然可以在不脱离本发明思想的情况下经受进一步修改和变型。具体来说，本领域技术人员直接明白的是，本发明可以经受功能上等同于在此描述的那些的许多变型和修改，其落入如在所附权利要求书中阐述的本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多天线发送方法，用于通过发送系统在无线电移动通信网络中提供从无线电基站到移动终端的下行链路无线电覆盖，该发送系统包括：

-各自包括M个辐射单元的至少一个多辐射体发送天线，每个辐射单元在同一个载波上发送N个信号，所述N个信号中的每个信号被发送M次，整个发送需要形成预编码矩阵的N×M个发送参数，每个多辐射体发送天线朝向至少一个移动终端定向；

-至少一个数据库，与所述移动通信网络的至少一个覆盖小区相关联并且包含有关所述移动终端的位置的信息；

-处理器，与所述至少一个多辐射体发送天线和所述至少一个数据库协作，所述处理器适于将发送方向与所述移动终端的所述位置相关联，其中，所述发送方向适于抵达所述移动终端并且所述发送方向取决于所述发送参数中确定最大辐射方向的载波的相位的部分，

所述多天线发送方法包括以下步骤：

a)检测所述移动终端的位置；

b)将所述位置存储到所述至少一个数据库中；

c)确定从所述至少一个多辐射体发送天线至所述移动终端的至少一个发送波束的至少一个发送方向，

其中，所述至少一个发送方向基于以下确定：在发送方向中进行发送所需要的预编码矩阵的发送参数的至少一部分发送参数，所述至少一部分发送参数与存储的所述移动终端的位置关联地由所述处理器存储在数据库中，并且

其中，预编码矩阵的一些其余发送参数作为关于发送参数中确定最大辐射方向的载波的相位的所述部分的相对相移的值由所述处理器存储在所述数据库中。

2.根据权利要求1所述的发送方法，其特征在于，发送参数中确定最大辐射方向的载波的相位的所述部分在闭环处理中计算，预编码矩阵的一些其余发送参数在开环处理中计算。

3.根据权利要求1所述的发送方法，其特征在于，所述步骤a)包括通过由网络单元执行的处理来确定所述移动终端的所述位置的子步骤。

4.根据权利要求1所述的发送方法，其特征在于，步骤b)和/或步骤c)利用学习算法来执行。

5.根据权利要求1所述的发送方法，其特征在于，还包括：能够启用切换过程以按所述发送方向在不同载波中交替的方式将朝着所述移动终端的发送从一个无线电信道移至另一无线电信道。

6.根据权利要求1所述的发送方法，其特征在于还包括：可以比较由所述移动终端通过信号发送的接收质量信息与存储在所述数据库中的接收质量信息，其中存储在所述数据库中的接收质量信息指示由所述移动终端占用的位置期望的接收质量。

7.根据权利要求6所述的发送方法，其特征在于还包括：如果由所述移动终端通过信号发送的所述接收质量信息不对应于存储在所述数据库中的接收质量信息，则更新所述数据库的步骤。

8.根据权利要求1所述的发送方法，其特征在于，所述步骤a)包括从所述移动终端接收有关所述移动终端中的一个移动终端的当前位置的信息的步骤。

9.一种多天线发送系统，用于通过发送系统在无线电移动通信网络中从无线电基站至移动终端的下行链路无线电覆盖，该发送系统实现根据权利要求1所述的方法。

10.一种适于接收来自多天线发送系统的发送的移动终端，所述多天线发送系统用于从无线电基站至移动终端的下行链路无线电覆盖，所述移动终端包括处理器、无线电接收装置和无线电发送装置，所述处理器、无线电接收装置和无线电发送装置协作地适于：

从根据权利要求9所述的多天线发送系统接收朝从至少一个多辐射体发送天线到所述移动终端的至少一个发送波束的至少一个发送方向定向的信号；

检测所述信号的接收质量；以及

向所述多天线发送系统发送反馈信号，所述反馈信号包括有关由所述移动终端对于所述信号检测的接收质量的信息，

其中所述处理器、无线电接收装置和无线电发送装置还适于在以下事件中的至少一个事件发生时，发送所述反馈信号：

a)接收到来自所述多天线发送系统的命令；

b)朝所述多天线发送系统发送对一无线电服务信道的连接请求；

c)预置时间间隔期满；

d)检测到移动通信网络的覆盖小区变化。